Hur fungerar en magnetometer?

När du vill räkna ut styrkan eller riktningen för ett magnetfält är en magnetometer ditt val. De sträcker sig från det enkla - du kan enkelt göra en i ditt kök - till komplexet, och de mer avancerade enheterna är vanliga passagerare på rymdundersökningsuppdrag. Den första magnetometern skapades av Carl Friedrich Gauss, som ofta kallas "Prinsen för matematik" och som publicerade en uppsats 1833 beskriver en ny enhet som han kallade en "magnometer". Hans design liknar den enkla magnetometern som beskrivs nedan, som du kan skapa i din kök.

Eftersom de är mycket känsliga kan magnetometrar användas för att hitta arkeologiska platser, järnfyndigheter, skeppsvrak och andra saker som har en magnetisk signatur. Ett nätverk av magnetometrar runt jorden övervakar ständigt små effekter av solvinden på jordens magnetfält och publicerar data i K-index (se Resurser). Det finns två grundläggande typer av magnetometrar. Skalarmagnetometrar mäter styrkan hos ett magnetfält, medan vektormagnetometrar mäter kompassriktningen.

Det finns en enkel vektormagnetometer som du kan göra själv. En stavmagnet, hängande från en tråd, kommer alltid att peka norrut; genom att markera ena änden av den kan du upptäcka små variationer när magnetfältet förändras. Genom att lägga till en spegel och ljus kan du göra ganska noggranna mätningar och upptäcka effekterna av magnetiska stormar (för fullständiga instruktioner, se Suntrek-länken i Resurser).

Mer komplicerade magnetometrar, som de som används på rymdfarkoster, använder en mängd olika metoder för att detektera magnetfältets styrka och detektion. De vanligaste magnetometrarna kallas Solid State Hall Effect-sensorer. Dessa sensorer använder egenskaper för elektrisk ström som påverkas av närvaron av ett magnetfält som inte går parallellt med strömriktningen. När det finns ett magnetfält, samlas elektronerna (eller deras motsatta, elektronhål eller båda) i strömmen på ena sidan av det ledande materialet. När den saknas, går elektronerna eller hålen i en i princip rak linje. Hur ett magnetfält påverkar elektronernas eller hålens rörelse kan mätas och användas för att bestämma magnetfältets riktning. Hall-effektsensorer producerar också en spänning som är proportionell mot magnetfältets styrka, vilket gör dem både vektormagnetiska och skalära magnetometrar.

Vi stöter ofta på magnetometrar i vårt dagliga liv, även om du kanske inte vet det, i form av metalldetektorer. Handhållna metalldetektorer som används av skattjägare och hobbyister använder Hall-effekten för att lokalisera metallföremål. Med hjälp av ett fenomen som kallas fasförskjutning kan detektorer skilja mellan metaller genom att mäta objektets motstånd eller induktans (konduktivitet).